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多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方法

　　申请日2013.10.25

　　公开(公告)日2014.01.29

　　IPC分类号G06F19/00

　　摘要

　　本发明公开了一种多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方法，包括以下步骤：1)、根据多管道对应多清水池结构的流量分配计算公式，获取各个清水池入口处的流量;2)、根据清水池入口处的流量和管道中的流量，获得从第j个投加点到第i个清水池入口处的衰减时间tji;3)、根据余氯混合公式，得到第i个清水池入口处的余氯含量Cli。本发明可以实现在无余氯检测设备的情况下获取多个清水池入口处的余氯这一控制效果的核心参数，提高控制精度，对于稳定及改善水质具有非常重要的作用，并且能够节省硬件投入，经济及社会效益显著。

　　权利要求书

　　1.一种多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方法，所述多管道 对应多清水池结构包括：N个清水池、N个主管道和N个投加管道，其中，N 个投加管道依次首尾连接，第n个投加管道的两端分别连通第n个清水池和第 n+1个清水池，第n个主管道的一端进水，第n个主管道的另一端连接第n个投 加管道，第n个清水池入口处的流量为QTn，第n主管道中的流量为QFn，从第n 个投加管道到第n+1个清水池入口处的流量为Qn,n+1，其特征在于：包括以下步 骤：

　　1)、根据多管道对应多清水池结构的流量分配计算公式，获取各个清水池入口处 的流量;

　　$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{T1}=Q_{F1}-Q_{\mathrm{1,2}}\\ Q_{T2}=Q_{\mathrm{2,3}}-Q_{\mathrm{3,2}}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{\mathrm{Tm}}=Q_{m,m+1}-Q_{m+1,m}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{\mathrm{TN}-1}=Q_{N-1,N}+Q_{N,N-1}\\ Q_{\mathrm{TN}}=Q_{N,N-1}+Q_{\mathrm{FN}}\end{array}\right.$

　　其中，QTm为第m个清水池入口处的流量，Qm,m+1为从第m个投加管道到第 m+1个清水池入口处的流量，Qm+1,m为从第m+1个投加管道到第m个清水池入 口处的流量，QF1为第1主管道中的流量，QFN为第N主管道中的流量;

　　2)、根据清水池入口处的流量和管道中的流量，获得从第j个投加点到第i个清 水池入口处的衰减时间tji;

　　$t_{\mathrm{ji}}=\underset{m}{\Sigma }{L}_m/\frac{Q_m}{A}$

　　其中，Lm为从第j个投加点到第i个清水池入口处的第m个管道的长度，Qm为第m个管道中的流量，A为管道截面积;

　　3)、根据余氯混合公式，得到第i个清水池入口处的余氯含量Cli：

　　${\mathrm{Cl}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{Q}_{\mathrm{ji}}{\mathrm{Cl}}_{\mathrm{ji}}}{Q_{\mathrm{Ti}}}$

　　其中，Qji为从第j个投加管道到第i个清水池入口处的流量，并且 QTi为第m个清水池入口处的流量，Clji为从第j个投加管道到第i 个清水池入口处的衰减余氯值，Clji通过下式计算得到：

　　Clji=g(N,tji)

　　其中，g(N,tji)为余氯衰减公式，tji为从投加点j到清水池i入口处的余氯 衰减时间。

　　2.如权利要求1所述的多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方 法，其特征在于：步骤3)中所述余氯衰减公式g(N,tji)：

　　$g(N,t_{\mathrm{ji}})=0.91T-1.086-{0.053N}^2+0.00424N-0.00437t+8.89\times {10}^{-5}{t}_{\mathrm{ji}}^2$

　　式中，T为氯气初始投加浓度，N为水体中的氨氮含量，tji为从投加点j到 清水池i入口处的余氯衰减时间。

　　3.如权利要求1所述的多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方 法，其特征在于：步骤1)中所述多管道对应多清水池结构的流量分配公式通过 水力学伯努利方程以及管道沿程损失公式计算得到。

　　4.如权利要求1所述的多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方 法，其特征在于：步骤1)中所述多管道对应多清水池结构的流量分配公式：

　　$\left\{\begin{array}{c}\frac{Q_{F1}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}-\frac{Q_{F2}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}=f_{\mathrm{1,2}}\frac{l_{\mathrm{1,2}}}{d}\frac{Q_{\mathrm{1,2}}^2}{2g}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{Q_{n,n+1}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}-\frac{Q_{\mathrm{Fn}+1}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}=f_{n+1,n}\frac{l_{n+1,n}}{d}\frac{Q_{n+1,n}^2}{2g}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{Q_{N-1,N}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}-\frac{Q_{\mathrm{FN}}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}=f_{N,N-1}\frac{l_{N,N-1}}{d}\frac{Q_{N,N-1}^2}{2g}\\ Q_{23}=Q_{12}+Q_{F2}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{n,n+1}=Q_{n,n-1}+Q_{\mathrm{Fn}}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{N-1,N}=Q_{N-1,N-2}+Q_{\mathrm{FN}-1}\end{array}\right.$

　　式中，Qn,n+1为从第n个投加管道到第n+1个清水池入口处的流量，Qn+1,n为 从第n+1个投加管道到第n个清水池入口处的流量，QFn+1为第n+1主管道中的流 量，fn+1,n为从第n+1个投加管道到第n个清水池入口处的沿程阻力损失系数， ln+1,n为从第n+1个投加管道到第n个清水池入口处的管段长度即流程，d为管 径，g为重力加速度，A为管道截面积。

　　说明书

　　多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方法

　　技术领域

　　本发明属于水处理及信息处理技术领域，具体涉及一种多管道对应多清水池 结构的水处理系统的余氯软测量方法。

　　背景技术

　　当前，由于工业化城市化的进程，水源水质污染日益严峻，然而人民群众对 于水质的要求却在大幅提高，不再满足于低质的自来水，迫切要求水处理企业在 各个环节做到高精度、低消耗、稳定供水，要求水处理企业不断提高自动化水平 及检测技术。

　　而我国的自来水厂基本都是建国后建立起来的，设备比较老化，检测仪器不 多，或者是由于水厂规模较小，无力承担改造的经济代价，自动化水平较低，仅 靠人工经验来控制设备的运行，然而由于检测设备的不足以及水处理工艺的复杂 性，关键参数仅靠经验估计是远远不能满足现代水处理的要求，出厂水水质极不 稳定，而且容易发生一些紧急状况。

　　氯气投加是自来水生产中重要环节之一，作用是杀灭水中的藻类以及细菌病 毒等对人体有害的物质，余氯是指水中投氯，经一定时间接触后，在水中余留的 游离性余氯与结合性余氯的总和，由于氯气投加环节具有大延时以及大惯性的特 点，以及加氯过程受到的诸多干扰因素，非常复杂以及难以控制，因此清水池入 口处余氯及流量的检测，成为了控制的关键因素之一。若余氯无法获取或者获取 的余氯不正确，将导致出厂水余氯的不稳定甚至出现超过国家标准等生产事故。

　　多管道多清水池系统在工艺设计上有很多优点，并被绝大多数水处理企业采 用，但若检测设备不足，将导致很多控制问题：

　　1、各清水池入口处流量无法获取;

　　2、各清水池入口处余氯无法获取，仅能靠经验估计，当出现估计偏差的时 候，将给水生产带来巨大的危害;

　　3、余氯混合，将给控制带来更多的复杂性，这也是出厂水余氯波动的很大 原因;

　　4、反冲洗工艺将导致控制难度加大，余氯出现波动;

　　若要解决以上问题，需要加装余氯仪表及流量仪表，然而由于工艺原因或者 经济原因，水厂不能改造或者无力改造。

　　因此，需要一种多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方法以 解决上述问题。

　　发明内容

　　本发明针对现有技术中多管道对应多清水池的水处理系统的余氯检测的缺 陷，提供一种不需要硬件投入，能解决水处理过程没有余氯检测设备的情况下以 及多管道多清水池这一工艺下如何获取清水池余氯值的多管道对应多清水池结 构的水处理系统的余氯软测量方法。

　　为解决上述技术问题，本发明的多管道对应多清水池结构的水处理系统的余 氯软测量方法所采用的技术方案为：

　　一种多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方法，所述多管道 对应多清水池结构包括：N个清水池、N个主管道和N个投加管道，其中，N 个投加管道依次首尾连接，第n个投加管道的两端分别连通第n个清水池和第 n+1个清水池，第n个主管道的一端进水，第n个主管道的另一端连接第n个投 加管道，第n个清水池入口处的流量为QTn，第n主管道中的流量为QFn，从第n 个投加管道到第n+1个清水池入口处的流量为Qn,n+1，包括以下步骤：

　　1)、根据多管道对应多清水池结构的流量分配计算公式，获取各个清水池入口处 的流量;

　　$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{T1}=Q_{F1}-Q_{\mathrm{1,2}}\\ Q_{T2}=Q_{\mathrm{2,3}}-Q_{\mathrm{3,2}}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{\mathrm{Tm}}=Q_{m,m+1}-Q_{m+1,m}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{\mathrm{TN}-1}=Q_{N-1,N}+Q_{N,N-1}\\ Q_{\mathrm{TN}}=Q_{N,N-1}+Q_{\mathrm{FN}}\end{array}\right.$

　　其中，QTm为第m个清水池入口处的流量，Qm,m+1为从第m个投加管道到第 m+1个清水池入口处的流量，Qm+1,m为从第m+1个投加管道到第m个清水池入 口处的流量，QF1为第1主管道中的流量，QFN为第N主管道中的流量;

　　2)、根据清水池入口处的流量和管道中的流量，获得从各个投加点到各个清水池 入口处的衰减时间tji;

　　$t_{\mathrm{ji}}=\underset{m}{\Sigma }{L}_m/\frac{Q_m}{A}$

　　其中，Lm为从第j个投加点到第i个清水池入口处的第m个管道的长度，Qm为在第m个管道中的流量，A为管道截面积;

　　3)、根据余氯混合公式，得到第i个清水池入口处的余氯含量Cli：

　　${\mathrm{Cl}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{Q}_{\mathrm{ji}}{\mathrm{Cl}}_{\mathrm{ji}}}{Q_{\mathrm{Ti}}}$

　　其中，Qji为从第j个投加管道到第i个清水池入口处的流量，并且 QTi为第m个清水池入口处的流量，Clji为从第j个投加管道到第i 个清水池入口处的衰减余氯值，Clji通过下式计算得到：

　　Clji=g(N,tji)

　　其中，g(N,tji)为余氯衰减公式，tji为从投加点j到清水池i入口处的余氯 衰减时间。

　　更进一步的，步骤3)中所述余氯衰减公式g(N,tji)：

　　$g(N,t_{\mathrm{ji}})=0.91T-1.086-{0.053N}^2+0.00424N-0.00437t+8.89\times {10}^{-5}{t}_{\mathrm{ji}}^2$

　　式中，T为氯气初始投加浓度，N为水体中的氨氮含量，tji为从投加点j到 清水池i入口处的余氯衰减时间。

　　更进一步的，步骤1)中所述多管道对应多清水池结构的流量分配公式通过 水力学伯努利方程以及管道沿程损失公式计算得到。

　　更进一步的，步骤1)中所述多管道对应多清水池结构的流量分配公式：

　　$\left\{\begin{array}{c}\frac{Q_{F1}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}-\frac{Q_{F2}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}=f_{\mathrm{1,2}}\frac{l_{\mathrm{1,2}}}{d}\frac{Q_{\mathrm{1,2}}^2}{2g}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{Q_{n,n+1}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}-\frac{Q_{\mathrm{Fn}+1}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}=f_{n+1,n}\frac{l_{n+1,n}}{d}\frac{Q_{n+1,n}^2}{2g}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{Q_{N-1,N}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}-\frac{Q_{\mathrm{FN}}^2}{{2\mathrm{gA}}^2}=f_{N,N-1}\frac{l_{N,N-1}}{d}\frac{Q_{N,N-1}^2}{2g}\\ Q_{23}=Q_{12}+Q_{F2}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{n,n+1}=Q_{n,n-1}+Q_{\mathrm{Fn}}\\ .\\ .\\ .\\ Q_{N-1,N}=Q_{N-1,N-2}+Q_{\mathrm{FN}-1}\end{array}\right.$

　　式中，Qn,n+1为从第n个投加管道到第n+1个清水池入口处的流量，Qn+1,n为 从第n+1个投加管道到第n个清水池入口处的流量，QFn+1为第n+1主管道中的流 量，fn+1,n为从第n+1个投加管道到第n个清水池入口处的沿程阻力损失系数， ln+1,n为从第n+1个投加管道到第n个清水池入口处的管段长度即流程，d为管道 直径，g为重力加速度，A为管道截面积。

　　有益效果：本发明的多管道对应多清水池结构的水处理系统的余氯软测量方 法具有以下优点：

　　1、通过软测量技术获取清水池入口处的余氯，解决了靠人工经验估计入口余氯 的不精确性，及由此带来的控制问题;

　　2、本发明无需硬件投入，改造风险小，为多管道多清水池水厂提供了一种适应 性广泛的技术解决方案;

　　3、同时该方法还获取了各清水池入口处的流量，为后续比例投加提供了依据。

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